8.6 INSTRUMENTEN

8.6.1 Algemeen

De eerste zweefvliegtuigen hadden geen instrumenten. De vlieger gebruikte al zijn/haar zintuigen om zich een beeld te vormen van snelheid, hoogte, stijgen of dalen en koers. Voor de eerste generatie zweefvliegtuigen was dit voldoende: de vluchten duurden niet lang en de vliegtuigen vlogen laag en langzaam. Allengs werden de vliegtuigen meer geavanceerd (en namen de prestaties toe) waarbij de behoefte ontstond aan een meer eenduidige, nauwkeurige en betrouwbare meting, verwerking en aanwijzing van deze vliegparameters.

Een instrument combineert meting, verwerking en aanwijzing van een parameter. Er zijn vlieginstrumenten maar ook systeem- en waarschuwingsinstrumenten. Vlieginstrumenten zoals snelheidsmeter, hoogtemeter, variometer, kompas en navigatie (maar ook het piefje) geven informatie over vliegstand en vliegbaan. Systeeminstrumenten geven informatie over de toestand van een systeem zoals de motor, het elektrisch systeem, de radio en de transponder Een voorbeeld van een waarschuwingssysteem is het anti-botsingsysteem FLARM.

Naast bovengenoemde indeling kan men instrumenten ook indelen in mechanische instrumenten en elektronische instrumenten. Mechanische instrumenten zijn over het algemeen minder nauwkeurig dan elektronische instrumenten maar hebben het voordeel dat deze zonder elektriciteit kunnen werken.

De instrumenten zijn geplaatst in een verend opgehangen instrumentenbord waarbij de vlieginstrumenten een meer prominente plaats hebben dan de niet-vlieginstrumenten.

De vlieginstrumenten worden regelmatig gecontroleerd op juiste aanwijzing. De aanwijzing hoeft niet honderd procent nauwkeurig te zijn; in verband met slijtage en belasting tijdens gebruik wordt een kleine tolerantie toegestaan. Onder tolerantie verstaat men het toelaatbare verschil tussen de werkelijke waarde en de aangewezen waarde. Wordt de tolerantiegrens overschreden dan moet het instrument opnieuw worden geijkt. Tijdens het ijken wordt de aanwijzing vergeleken en bijgesteld met de werkelijke en/of standaardwaarde. Dit proces wordt ook wel kalibreren genoemd. IJken en/of kalibreren mag alleen door een erkend onderhoudsbedrijf worden gedaan.

8.6.2 Mechanische instrumenten

Inleiding
De meeste zweefvliegtuigen beschikken over de volgende mechanische instrumenten: de snelheidsmeter, de hoogtemeter, de variometer, het magnetisch kompas en de slipkogel. De snelheidsmeter, hoogtemeter en variometer berusten op het meten en verwerken van luchtdrukken. Dit zijn dan ook de drukmeetinstrumenten. Het magnetisch kompas berust op het meten van de (horizontale) richting van het aardmagnetisch veld en is daarmee een magnetische meting. Het magnetisch kompas maakt deel uit van de Navigatie syllabus en wordt om die reden hier niet verder behandeld. De slipkogel berust op het meten van de richting van de (schijn)normaal. Hiermee wordt bedoeld het gecombineerde effect van de zwaartekrachtversnelling en de centrifugaal versnelling. De slipkogel is daarmee een versnellingsmeter. 

Drukmeetinstrumenten
De drukmeetinstrumenten maken gebruik van twee gemeten drukken: de totale druk en de statische druk.

Totale druk
De totale druk is de druk in een volledig tot stilstand gebrachte luchtstroming. De totale druk wordt gemeten met een pitotbuis. Dit is een holle buis waarvan de opening in de luchtstroming wordt geplaatst en waarin de luchtstroming geheel tot stilstand wordt gebracht. De pitotbuis bevindt zich in de neus of op het kielvlak van het vliegtuig.

Afbeelding 8.6.1 Pitotbuis (opening rechts)

Opmerking
Volgens Bernoulli is de totale druk gelijk aan de dynamische druk plus de statische druk. In formulevorm: p_T = ½ρ v² + p_S. De pitotbuis registreert dus dynamische druk plus statische druk.

Statische druk
De statische druk is de druk van de ongestoorde luchtstroming. De statische druk wordt gemeten met statische poorten. Dat zijn openingen welke loodrecht op de luchtstroming worden geplaatst zonder de luchtstroming te verstoren. De statische poorten bevinden zich links en rechts aan de romp en zijn met elkaar doorverbonden om het nadelige effect van slippen op de statische drukmeting te compenseren.
Een voorbeeld moge dit verduidelijken. Indien de luchtstroming bijvoorbeeld van linksvoor komt, zal de linker statische poort een hogere druk registreren; de rechter statische poort zal echter door het venturi-effect als gevolg van de romp-omstroming een lagere druk registreren. Omdat beide poorten met elkaar zijn doorverbonden blijft de statische drukmeting vrijwel constant.

Opmerking
Sommige zweefvliegtuigen beschikken over meerdere afnamepunten voor de statische druk.

Afbeelding 8.6.2 Statische poorten

Intermezzo: De Standaardatmosfeer
Bij het vak Meteorologie wordt het verloop van de (statische) druk, de temperatuur en de dichtheid met toenemende hoogte uitgelegd. Om hieraan te kunnen rekenen heeft men een model van de atmosfeer gemaakt. Dit model is wereldwijd geaccepteerd als de internationale standaardatmosfeer (ISA). In de internationale standaardatmosfeer wordt het gemiddelde zeeniveau (mean sea level of kortweg MSL) als referentie gebruikt. In ISA MSL gelden de volgende waarden voor druk (p), temperatuur (T) en dichtheid (ρ):

• p₀ = 1013,25 hPa;
• T₀=15°C;
• ρ₀ = 1,225 kg/m3.

Voorts geldt ten aanzien van het verloop van druk en temperatuur:

• 12,5 hPa per 100 m (op lage hoogte, daarna afnemend);
• 0,65 °C per 100 m (tot aan de tropopause op ca. 11 km hoogte).

8.6.2.1 Snelheidsmeter

De snelheidsmeter is voor de vlieger belangrijk omdat deze informatie geeft over het (aerodynamisch) gedrag van het vliegtuig. Bepalend hiervoor is de dynamische druk ½ρ v². Deze wordt verkregen door in de snelheidsmeter de gemeten statische druk af te trekken van de gemeten totale druk (p_T - p_S = ½ρ v²). In de snelheidsmeter bevindt zich hiertoe een verschildrukcapsule waarvan de binnenkant wordt aangesloten op de totale druk en buitenkant op de statische druk. Bij toenemende snelheid zal de capsule uitzetten en via een overbrengmechanisme (mechaniek) de wijzer verstellen. Zie afbeelding 8.6.3. 

Afbeelding 8.6.3 Werkingsprincipe snelheidsmeter

De snelheidsmeter maakt gebruik van een zogenaamde logaritmische schaalverdeling. Dit is een schaalverdeling welke bij een toenemende waarde steeds minder ruimte krijgt. Op deze wijze wordt een nauwkeurige aflezing van lagere snelheden gecombineerd met een groot schaalbereik. Zie afbeelding 8.6.4.

Afbeelding 8.6.4 Vooraanzicht snelheidsmeter

De snelheidsmeter is dus gekalibreerd om de dynamische druk aan te wijzen. Dit noemt men de ‘calibrated airspeed’ of kortweg de CAS. De CAS wordt echter niet aangewezen. Dat komt door de zogenaamde ‘positie- en instrumentfout’ afgekort tot ‘P&I’. De positiefout is de meetplaatsfout van de statische poorten: het is onmogelijk om onder alle vliegomstandigheden de juiste statische druk te meten. De instrumentfout wordt veroorzaakt door wrijving, slijtage, speling, vuil etc. De aanwijzing van de snelheidsmeter wordt daarom ‘indicated airspeed’ oftewel IAS genoemd. Men kan dus stellen: IAS = CAS + P&I.

Operationeel gebruik
Om op grotere hoogte dezelfde dynamische druk, lees IAS, te krijgen zal door de afgenomen luchtdichtheid (ρ) de ware luchtsnelheid (v) moeten toenemen. De ware luchtsnelheid is de ‘true airspeed’ of kortweg TAS. De TAS is van belang voor onder andere het fluttergedrag van het vliegtuig. De TAS wordt echter niet aangewezen maar kan worden uitgerekend met de formule TAS = IAS √(ρ₀/ρ_H) waarbij r0 de dichtheid is op zeeniveau in de standaardatmosfeer (1,225 kg/m³) en ρ_H de dichtheid op hoogte H. In de praktijk gebruikt men de volgende vuistregel: voor elke 1000 m hoogte is de TAS 6% hoger dan de IAS. Indien bijvoorbeeld op 4 km wordt gevlogen met een aangewezen snelheid van 200 km/h, dan is de werkelijke luchtsnelheid 4 x 6% = 24% hoger dus 248 km/h.

De snelheidsmeter is geijkt in km/h en kent een kleurcodering. De kleurcodering helpt de vlieger de snelheidsmeter juist te interpreteren:

• De witte band toont het gebied waarin met welvingsklepen (flaps) uit mag worden gevlogen. De band begint bij de overtreksnelheid met welvingskleppen maximaal positief (1,1 v_S0) en eindigt bij de maximale snelheid met welvingskleppen in een positieve stand (v_FE: maximum flaps extended speed).
• De groene band toont de ‘normal operating range’ en begint bij de overtreksnelheid (1,1 v_S1: stall speed) en eindigt bij de maximale snelheid in onrustige lucht (v_RA: rough air speed). Zoals aangegeven in hoofdstuk 8.2 over belastingen, wordt de vRA bij zweefvliegtuigen gelijkgesteld aan de manoeuvreersnelheid v_A.
• De gele band toont de ‘caution range’ en begint bij de v_RA en eindigt bij de maximaal toegestane vliegsnelheid (v_NE: never exceed speed). Alleen als de lucht rustig is mag met de nodige voorzichtigheid in dit gebied worden gevlogen.
• De rode streep toont de v_NE welke nooit mag worden overschreden daar anders het vliegtuig onherstelbaar kan worden beschadigd.
• De gele driehoek toont de aanbevolen landingssnelheid.
• Een blauwe streep kom je tegen bij een gemotoriseerd zweefvliegtuig en staat voor de best climb speed v_Y. Dit is de vliegsnelheid welke resulteert in de hoogste klimsnelheid. 

Opmerking
De kleurcoderingen gelden voor een maximaal beladen vliegtuig zonder water en bij een 1-g belasting.

Opmerking
Een snelheidsmeter mag nooit worden getest door op de (aansluiting voor de) pitotbuis te blazen. Het instrument kan daardoor grondig worden vernield.

8.6.2.2 Hoogtemeter

De hoogtemeter biedt de vlieger de mogelijkheid zijn/haar vlucht optimaal te plannen daarbij rekening houdend met de prestaties van het vliegtuig en eventuele (wettelijke) hoogtebeperkingen.

De werking van de hoogtemeter is gebaseerd op het meten van de statische druk. Daartoe bevinden zich in het instrument enkele achter elkaar geplaatste en vacuüm gezogen drukcapsules welke bij toenemende statische druk (afnemende hoogte) inkrimpen en bij afnemende druk (toenemende hoogte) uitzetten. Een mechaniek brengt deze beweging over op twee wijzers welke samen de hoogte aanwijzen langs een lineaire schaal geijkt in meters. Een grote wijzer wijst de honderdtallen aan en gaat één keer rond per 1000 m; een kleine wijzer wijst de duizendtallen aan en gaat één keer rond per 10000 m. Op deze wijze combineert men een groot meetbereik met een nauwkeurige afleesmogelijkheid. 

Afbeelding 8.6.5 Werkingsprincipe hoogtemeter

Kalibratie hoogtemeter
De hoogtemeter is gekalibreerd volgens het drukverloop van de standaard atmosfeer. Dat betekent dat de hoogtemeter nul meter aanwijst als de luchtdruk 1013,25 hPa en de temperatuur 15 °C bedraagt. Alleen in deze situatie heeft de hoogtemeter een tolerantie van ± 15 m; dat wil zeggen dat de hoogtemeter tussen de -15 en +15 m mag aanwijzen. Bij een tweezitter kunnen beide hoogtemeters in dat geval dus maximaal 30 m verschillend aanwijzen.

Drukafwijkingen
De standaardatmosfeer is slechts een rekenmodel bedoeld voor kalibratie. In de praktijk zijn luchtdruk en temperatuur op zeeniveau bijna nooit gelijk aan de waarden uit de standaardatmosfeer. De luchtdruk op zeeniveau kan bijvoorbeeld variëren tussen 950 en 1050 hPa. Een hoogtemeter welke 950 hPa registreert zal ca. 500 m ¹ aanwijzen ook al bevindt deze zich op zeeniveau. Om onder dergelijke omstandigheden de hoogtemeter toch nul te kunnen laten aanwijzen, kan de aanwijzing worden versteld met behulp van een instelknop aan de voorkant van de hoogtemeter. De ingestelde nieuwe referentiedruk kan worden afgelezen op een achterliggende schaal (subscale) welke via een uitsparing in de hoogteschaal zichtbaar is. Zie afbeelding 8.6.6. Het operationeel gebruik van de hoogtemeter wordt besproken bij het vak ‘Navigatie’.

Afbeelding 8.6.6 Vooraanzicht hoogtemeter

Dergelijke instellingen zijn onderhavig aan de volgende internationale afspraken:

QFE
Voor (zeer) lokale vluchten mag de hoogtemeter voor de start op nul worden gezet. De drukreferentie is dan de plaatselijk druk gemeten op het vliegveld. Dit is de QFE. De hoogtemeter wijst dan tijdens de vlucht een hoogte aan ten opzichte van de elevatie van het vliegveld. Zie afbeelding 8.6.7. Er bestaat in dat geval geen relatie met de elevatie van het overige onderliggende terrein en van eventuele obstakels. In het vlakke land is dit nog te billijken maar in bergachtig gebied is dit zeer lastig. Bovendien kan het voorkomen dat na een (lange) vlucht de plaatselijke luchtdruk is veranderd waardoor de hoogtemeter niet meer de juiste hoogte ten opzichte van het vliegveld aanwijst.

QNH
Voor (overland)verkeer onder de 3500 voet (ca. 1000 m) gebruikt men een instelling welke de hoogte ten opzichte van het gemiddelde zeeniveau aanwijst, zie afbeelding 8.6.7. Dit is gewenst omdat op vliegkaarten de elevatie van vliegvelden, bergen en andere obstakels ten opzichte van zeeniveau worden uitgedrukt. Het plaatselijke weerstation meet hiertoe de luchtdruk op de grond en rekent deze via de standaardatmosfeer terug naar de bijbehorende druk op zeeniveau. De aldus verkregen drukreferentie heet QNH. Indien je staand op het vliegveld de QNH indraait zal de hoogtemeter de elevatie van het vliegveld ten opzichte van zeeniveau weergeven.

STD
Formeel gesproken dient men tijdens een overlandvlucht boven de 3500 voet gebruik te maken van de standaard (STD) instelling van 1013,25 hPa. Alle hoogtemeters wijzen dan een hoogte aan ten opzichte van 1013,25 hPa zodat onderlinge hoogtevergelijking en separatie tussen vliegtuigen mogelijk is. Zie afbeelding 8.6.7. Er bestaat in dat geval geen relatie tussen de aangewezen hoogte met het onderliggende terrein. Dat is precies het bezwaar dat zweefvliegers hebben tegen deze instelling. Toch is er een belangrijke reden om deze instelling wel te kunnen toepassen. Bepaalde soorten (verboden) luchtruim worden aangegeven in Flight Levels (FL). Een flight level is een drukhoogte welke wordt aangegeven in eenheden van honderd voet ten opzichte van 1013,25 hPa. Een voorbeeld moge dit verduidelijken: Veel CTA’s (verboden voor zweefvliegers) hebben een ondergrens van FL65. FL65 ligt 6500 voet (1967 m) boven het 1013,25 hPa drukvlak. Als je nu voor de vlucht de hoogtemeter op nul zet, en je ziet dat de plaatselijke luchtdruk lager is dan 1013,25 hPa dan weet je dat het 1013,25 hPa drukvlak onder je ligt. Op het moment dat de hoogtemeter 1967 meter boven je veld aanwijst, bent je al boven FL65 en dus in verboden gebied. De transponders aan boord van zweefvliegtuigen registreren altijd de hoogte ten opzichte van het 1013,25 hPa vlak en sturen deze samen met de vliegtuigregistratie door naar de verkeersleiding. 

Afbeelding 8.6.7 Overzicht hoogtemeterinstellingen

Temperatuurafwijkingen
Hoewel de hoogtemeter niet direct temperatuur registreert is de gemeten druk wel degelijk afhankelijk van de temperatuur. Vergelijk daartoe de volgende situatie. Twee dezelfde kolommen lucht van 200 m hoog worden met elkaar vergeleken. De ene kolom heeft een lagere temperatuur dan de andere. Bij de kolom lucht met de lagere temperatuur bevinden de luchtmoleculen zich dichter op elkaar en is de dichtheid dus hoger. Door de hogere dichtheid is deze kolom lucht zwaarder dan de kolom lucht met de hogere temperatuur. Door het hogere gewicht van de koude kolom drukt deze meer op het onderliggende terrein dan de warme kolom. De druk is dus hoger bij de kolom met koude lucht.

Zoals hiervoor besproken registreert de hoogtemeter luchtdruk. In een koude atmosfeer zal de hoogtemeter dezelfde druk al bij een lagere hoogte meten. Met andere woorden de hoogtemeter wijst 

in een dergelijke situatie te veel aan: de ware hoogte is dan lager dan de aangewezen hoogte. Voor de prestaties van het toestel maakt dit niet uit maar wel voor de obstakelvrijheid met de grond, vooral in bergachtig terrein.

In de praktijk is dit temperatuureffect op de hoogtemeting te verwaarlozen. De constructie van de hoogtemeter houdt hiermee dan ook geen rekening. In het uitzonderlijke geval van zeer lage temperaturen, dient de vlieger handmatig een correctie te gaan toepassen op de aangewezen hoogte. Dit laatste is niet relevant voor zweefvliegers.

Statische wrijving
Een hoogtemeter moet met zeer weinig kracht meerdere wijzers meerdere malen rond laten gaan. Het overbrengmechanisme tussen drukcapsules en wijzers moet dus zo min mogelijk weerstand bieden. Tijdens gebruik zal door slijtage en vuilophoping de wrijvingsweerstand toenemen. Dit wordt als eerste zichtbaar tijdens een daalvlucht waarbij de drukcapsules moeite hebben de druktoename te volgen. De wijzers kunnen dan iets achterblijven. Door lichtjes tegen het instrumentenbord naast de hoogtemeter te tikken kan de statische wrijving van het overbrengmechanisme tijdelijk worden verminderd waardoor de hoogtemeter de kans krijgt, binnen de tolerantie, juist aan te wijzen. Hetzelfde geldt als bij de dagelijkse inspectie de hoogtemeter wordt gecontroleerd.

8.6.2.3 Variometer

De variometer heet in het Engels ‘vertical speed indicator’ en toont zoals de naam aangeeft de verticale snelheid van het vliegtuig. Het stelt de vlieger in staat plannen te maken voor het verdere verloop van de vlucht. Zweefvliegers in het bijzonder hechten veel waarde aan een nauwkeurige en betrouwbare variometer. Om die reden zijn er vaak meerdere variometersystemen in het vliegtuig aangebracht. De één nog meer geavanceerd dan de ander en al dan niet gekoppeld aan een navigatiesysteem.

Variometer met stuwschijf
De variometer meet de verandering van de luchtdruk per tijdseenheid. In het instrument bevindt zich daartoe een afgeveerde en draaibare stuwschijf welke aan een kant is aangesloten op een reservoir gevuld met lucht in de vorm van een thermosfles en aan de andere kant op de statische druk. Zolang er geen drukverschil is tussen reservoir druk en statische druk houdt de veer de stuwschijf in de middenstand. Een wijzer die direct is aangesloten op de stuwschijf, wijst in dat geval nul aan. Zie afbeelding 8.6.8.

Afbeelding 8.6.8 Werkingsprincipe stuwschijfvariometer

Tijdens een stijgvlucht neemt de statische druk af waardoor er een luchtstroom op gang komt van het reservoir (de thermosfles) langs de afgeveerde stuwschijf naar de statische poorten. De luchtstroom duwt tegen de stuwschijf waardoor deze wil gaan draaien. Tegelijkertijd wordt de veer opgewonden. Wanneer de kracht van de luchtstroom evenwicht maakt met de tegenwerkende kracht van de veer stopt de stuwschijf met draaien en zal de wijzer de bijbehorende verticale snelheid aanwijzen. Tijdens een daalvlucht gebeurt precies het tegenovergestelde.

Afbeelding 8.6.9 Vooraanzicht variometer

Variometer met drukcapsule
Voor de volledigheid wordt hier ook de minder vaak gebruikte variometer met drukcapsule beschreven. Het instrument beschikt over een verschildrukcapsule waarvan de binnenkant is aangesloten op het reservoir (thermosfles) en de buitenkant op de statische druk. In de aansluiting met de verschildrukcapsule bevindt zich een klein, gekalibreerd lek. De drukcapsule is via een mechaniek verbonden met een wijzer. Zie afbeelding 8.6.10. Zonder drukverschil wijst de wijzer nul aan. Bij een stijgvlucht neemt de statische druk af. Door het gekalibreerde lek zal de druk in de capsule langzamer afnemen dan erbuiten. Het aldus ontstane drukverschil doet de capsule uitzetten waardoor de wijzer ‘stijgen’ gaat aanwijzen. Bij een daalvlucht gebeurt het omgekeerde.

Afbeelding 8.6.10 Werkingsprincipe variometer met drukcapsule

Dit type mechanische variometer kent veel meer bewegende onderdelen dan de stuwschijfvariometer hetgeen ten koste gaat van de gevoeligheid en dus de nauwkeurigheid.

Reservoir (thermosfles)
Volgens de standaardatmosfeer daalt de luchtdruk 12,5 hPa per 100 m, dus 1 hPa per 8 m. Zou men met 1 m/s stijgen dan neemt de druk dus met 0,125 hPa per seconde af. Dit impliceert een zeer gevoelige meting. Bepalend hierin is het volume van het reservoir. Hoe groter het volume hoe gevoeliger de meting. Een variometer met een schaalbereik tot 1 m/s heeft een groter volume dan een variometer met een bereik van 5 m/s. De grote gevoeligheid brengt tevens met zich mee dat kleine temperatuurveranderingen van het reservoir van grote invloed zijn op de druk in het reservoir. Een temperatuurverandering van één graad resulteert in een drukverandering overeenkomstig met 30 m hoogteverschil. Om dit te voorkomen is het reservoir uitgevoerd als “thermosfles”. Dit is een dubbelwandige glazen fles waarvan de tussenruimte vacuüm is gezogen. Op deze wijze wordt voorkomen dat warmtestraling van buitenaf de druk in de fles nadelig beïnvloedt. De fles zelf is weer omhuld met isolatiemateriaal en het geheel zit in een beschermende metalen of plastic koker.

De thermosfles draagt indirect ook bij aan de traagheid van het instrument. Tijdens een stijgvlucht expandeert de lucht in de fles en koelt daarbij (adiabatisch) af. Aan het einde van een korte en snelle stijgvlucht (bijvoorbeeld een lierstart) kan daardoor tussen de fles en de lucht een temperatuurverschil van enkele graden ontstaan. De relatief warme fles staat warmte af aan de lucht, die uitzet, door de variometer naar buiten stroomt en tijdelijk een onjuiste aanwijzing van de stijgsnelheid veroorzaakt. Dit verschijnsel, dat op omgekeerde wijze ook bij snelle daalvluchten optreedt, vergroot de al genoemde traagheidsfout. Onmiddellijk na het loskoppelen na de lierstart wordt hierdoor soms ten onrechte de indruk gewekt alsof men zich in thermiek bevindt. Een oplossing voor dit euvel bereikt men door in de thermosfles kopergaas of ietwat verfrommeld aluminiumfolie te doen, waardoor een snellere temperatuuraanpassing zal plaatsvinden. Nadeel hiervan is echter weer dat daardoor het effectieve volume van de thermosfles kleiner wordt. Bij gebruik van een knuppelthermiek- compensatie van het doostype (zie volgende paragraaf) moet het flesvolume juist worden verkleind; in dat geval slaat men door het gebruik van kopergaas of aluminiumfolie in de thermosfles juist twee vliegen in een klap.

Gecompenseerde variometer
Indien tijdens het vliegen plots aan de knuppel wordt getrokken, wordt gedurende korte tijd vliegsnelheid omgezet in hoogte. De variometer zal hierop reageren waardoor een valse aanwijzing van het binnenvliegen van thermiek kan ontstaan. Men noemt dit knuppelthermiek. Hiervoor kan worden gecompenseerd door de aanwijzing van de variometer te compenseren voor vliegsnelheid. Hiertoe bestaan twee methoden.

Compensatie van flesvolume
Dit kan met een drukdoos² welke, net als de snelheidsmeter, bestaat uit een verschildrukcapsule waarvan dit keer de buitenkant is aangesloten op de pitotbuis en de binnenkant op de aansluiting van de thermosfles op de variometer. Bij een snelheidsverhoging zal door de toegenomen druk in de pitotbuis de drukcapsule inkrimpen waardoor het effectieve flesvolume afneemt en de flesdruk toeneemt. Andersom zal bij een snelheidsverlaging de drukcapsule uitzetten waardoor het effectieve flesvolume toeneemt en de flesdruk afneemt. Zie afbeelding 8.6.11. 

Afbeelding 8.6.11 Gecompenseerde variometer met drukdoos

Bij een hoogtetoename door knuppelthermiek zal de lagere gemeten statische druk worden gecompenseerd door een lagere druk in de thermosfles als gevolg van het uitzetten van de drukdoos door de lagere vliegsnelheid.

Compensatie van statische druk 

Dit gebeurt met een TE-venturi buis welke de totale energie van de luchtstroming meet. Dit is de som van de kinetische energie en de potentiele energie. Kinetische energie is energie van beweging, in dit geval vliegsnelheid. Potentiele energie is energie van plaats, in dit geval vlieghoogte. Neemt door knuppelthermiek de hoogte toe en de snelheid af, dan blijft de totale energie gelijk en zal een hiervoor gecompenseerde variometer niks aanwijzen.

De TE-venturi buis doet dit met het venturi-effect. Dit is het effect dat bij een vernauwing van een stroombuis de stroomsnelheid toeneemt waardoor de dynamische druk (kinetische energie) toeneemt en, omdat de totale energie gelijk moet blijven, de statische druk (potentiele energie) afneemt. In het versmalde deel van de stroombuis heerst dus een snelheidsafhankelijke statische druk welke lager is dan de statische druk van de ongestoorde luchtstroming (p_S - ½ ρ v²). Deze druk wordt ook wel de venturi-druk genoemd. Zie afbeelding 8.6.12A.

De TE venturi heeft diverse ontwikkelingen doorgemaakt. In eerste instantie was dit een ‘gewone’ venturi zoals destijds ook werd gebruikt door de eerste snelheidsmeters. Een venturi is een holle buis met een vernauwing welke wordt geplaatst in de luchtstroming. In het smalste punt, de keel, bevindt zich loodrecht op de stroming een drukaansluiting. Latere uitvoeringen waren verbeterde versies waarbij vooral aandacht werd besteed aan het zuiver kunnen meten van de venturi-druk zelfs onder (kleine) sliphoeken. Zie bijvoorbeeld afbeelding 8.6.12B.

Tegenwoordig wordt ook vaak gebruik gemaakt van een buis welke onder een hoek van 80 graden met de luchtstroming is geplaatst en waar aan de achterkant twee evenwijdig geplaatste sleufgaten zijn aangebracht. Deze buis meet, net als de venturi, ook een snelheidsafhankelijke onderdruk. Afbeelding 8.6.12C toont dit type TE venturi. 

Afbeelding 8.6.12 TE venturi

Opmerking
Buis 'C' wordt meestal ‘hangend’ bevestigd om te voorkomen dat eventueel vocht kan binnendringen. De buis kan echter ook (omhoog) staand worden bevestigd.

De TE-buis wordt aangesloten op de statische aansluiting van de variometer. Indien hoogte wordt gewonnen ten koste van snelheid, zal ondanks de afgenomen statische druk, de gemeten venturi-druk (p_S - ½ ρ v²= c) constant blijven waardoor de gecompenseerde variometer geen verandering waarneemt.

Afbeelding 8.6.13 Variometer met TE compensatie

8.6.2.4 Slipmeter

De slipmeter geeft de vlieger inzage in de sliphoek (β) van het vliegtuig. De sliphoek is de hoek tussen het langsvlak van het vliegtuig en de richting van de luchtstroming. Komt de luchtstroming recht van voren, dan is het aangeblazen frontale oppervlak van het vliegtuig minimaal. Komt de luchtstroming van links of van rechts dan is het aangeblazen oppervlak, en dus de weerstand groter. Het is dus belangrijk om de sliphoek nul te houden. Men spreekt in dat geval van een gecoördineerde vlucht.

De slipmeter kent twee verschijningsvormen: het ‘balletje’ en het ‘piefje’.

Balletje
Het balletje heet formeel de slipkogel. De slipkogel bestaat uit een in dwarsrichting geplaatst, convex (hol) gebogen glazen buisje gevuld met een dempingsvloeistof waarin zich een kogeltje bevindt. Zie afbeelding 8.6.14.

Afbeelding 8.6.14 Slipkogel

Werking
Door zijn bevestiging is de slipkogel gevoelig voor versnellingen in het dwarsvlak. Het dwarsvlak wordt gevormd door de topas en de dwarsas.

Op de grond werkt alleen de zwaartekrachtversnelling op de slipkogel. Door de vorm van het buisje zal het balletje het laagste punt opzoeken. Zonder dwarshelling is dat in het midden van het buisje precies tussen de twee verticale streepjes in. Op de grond gedraagt de slipkogel zich dus als een waterpas.

Indien tijdens een vlucht zonder dwarshelling de luchtstroming recht van voren komt, is er geen sprake van een dwarskracht en zal het kogeltje keurig in het midden staan. Zie afbeelding 8.6.14. Indien echter tijdens de vlucht zonder dwarshelling de luchtstroming niet recht van voren komt, ontstaat er een dwarskracht welke het vliegtuig met daarin het glazen buisje opzij doet versnellen. Door massatraagheid blijft het kogeltje achter en zal dus, ten opzichte van het glazen buisje, tegengesteld aan de uitgeoefende dwarskracht gaan bewegen. Zie afbeelding 8.6.14. Door nu voeten te geven in de richting van het balletje, wordt de dwarskracht opgeheven en kan de evenwichtssituatie worden hersteld.

Afbeelding 8.6.15 Gedrag kogeltje tijdens vliegen zonder dwarshelling

Indien tijdens een vlucht dwarshelling wordt aangerold krijgt de draagkracht een component in horizontale richting. Ook deze dwarskracht doet het vliegtuig met daarin het gekromde buisje zijwaarts versnellen. En ook nu weer beweegt het balletje tegengesteld aan de richting van de versnelling. Doordat het vliegtuig nu dwarshelling heeft, blijft het balletje ten opzichte van het gekromde buisje in het midden. Dit is het geval zolang tijdens deze situatie de luchtstroming recht van voren komt. Er is dan geen sprake van extra horizontale dwarskrachten. Zie afbeelding 8.6.16. Indien echter tijdens deze situatie de luchtstroming niet recht van voren komt, ontstaat er een extra horizontale dwarskracht. Het balletje staat nu uit het midden. Zie afbeelding 8.6.16. Deze laatste situatie kan op twee manieren worden hersteld. Óf je beweegt de voetpedalen in de richting waarin het balletje staat, óf je beweegt de stuurknuppel in de richting waarin het balletje niet staat. 

Afbeelding 8.6.16 Gedrag slipkogel tijdens vliegen met dwarshelling

Piefje
Lang geleden bestond het piefje uit een kegeltje dat met een draadje was bevestigd aan een mast boven op de neus van het vliegtuig. Tegenwoordig is het piefje een (bij voorkeur wollen) draadje van circa 15 cm lang dat aan een kant is vastgeplakt midden boven op de cockpitkap. Het draadje richt zich naar de luchtstroming. Komt de luchtstroming recht van voren dan staat het draadje in het midden. Komt de luchtstroming van linksvoor (naar links slippen) dan staat het draadje naar rechts. Om het draadje weer in het midden te krijgen kan je twee dingen doen: je geeft voeten aan de kant waar het draadje niet staat of je geeft knuppel aan de kant waar het draadje wel staat.

Piefje vs Slipkogel
Het piefje heeft enige voordelen ten opzichte van de slipkogel: het is stukken goedkoper, het weegt veel minder, je kan naar buiten blijven kijken en, zolang het niet regent, wijst het altijd juist aan. De slipkogel zal namelijk tijdens het opsturen bij een lierstart foutief aanwijzen wanneer zwaartekracht en kabelkracht niet in hetzelfde vlak liggen. 

Afbeelding 8.6.17 Vergelijking aanwijzing piefje - balletje

8.6.2.5 g-meter

Zweefvliegtuigen waarmee kunstvluchten worden uitgevoerd dienen te zijn uitgerust met een g- meter. Dit is een instrument dat de vlieger informatie verschaft over de g-belasting van het vliegtuig. De g-belasting is het aantal malen dat de zwaartekrachtversnelling (of gravitatieversnelling) op het vliegtuig werkt. Een ander woord voor g-belasting is de belastingfactor ‘n’. Vanuit het vak ‘Beginselen van het Zweefvliegen’ is bekend dat de belastingfactor gelijk is aan de verhouding tussen draagkracht L en gewicht W (n = L/W). Bij een stationair rechtlijnige vlucht is de draagkracht gelijk aan het gewicht en is de belastingactor gelijk aan éénmaal de zwaartekrachtversnelling dus 1-g of nog korter 1. Bij 0-g is de draagkracht nul en spreekt men van gewichtloosheid. Is de draagkracht groter dan nul dan spreekt men van positieve-g; is de draagkracht negatief, dan is er sprake van negatieve-g. Uit sterkteoverwegingen is het vliegtuig gecertificeerd volgens een bepaalde categorie waarbij per categorie waarden zijn vastgesteld voor de maximale positieve en negatieve g-belasting. De maximale negatieve g-belasting is altijd lager dan de maximaal positieve g-belasting. De ‘aerobatics’ vlieger moet deze waarden kennen en ervoor zorgen dat deze niet worden overschreden.

Constructie
Het instrument beschikt over een versnellingsmeter welke is opgelijnd met de topas van het vliegtuig. De versnellingsmeter bestaat uit een verend opgehangen massa welke een drie-wijzer systeem aandrijft. Afhankelijk van de belasting wordt meer of minder aan de massa getrokken waardoor deze meer of minder inveert. Een wijzer volgt continue de beweging van de massa. De twee andere wijzers worden aangestoten door de eerste wijzer en blijven staan op de maximaal bereikte positieve en negatieve g-belasting. Zie afbeelding 8.6.17.

Aan de voorkant van het instrument bevindt zich een knop waarmee de maximaal-wijzers kunnen worden ‘gereset’ en waarmee het instrument kan worden ‘gelockt’ teneinde het zeer gevoelige mechanisme te beschermen tegen schokken tijdens grondtransport.

Afbeelding 8.6.18 g-meter

8.6.2.6 Buitenluchttemperatuurmeter

Als er wordt gevlogen met water is het belangrijk om kennis te hebben van de temperatuur van de buitenlucht. Bij temperaturen onder nul (graden Celsius) zal het water gaan bevriezen waarbij het uitzet en schade kan veroorzaken aan leidingen en kranen. Tevens zal water in vaste vorm niet langer geloosd kunnen worden. Daarom zijn zweefvliegtuigen die met watertanks zijn uitgerust verplicht voorzien van een buitenlucht-temperatuurmeter.

Deze bestaan meestal uit een met vloeistof gevulde voeler welke via een dunne leiding (capillair) verbonden is met een zogenaamde Bourdonbuis. De Bourdonbuis is een ellipsvormige buis gekromd in de vorm van de letter C. Neemt de temperatuur toe dan zal de vloeistofdruk ook toenemen waardoor de Bourdonbuis zich wil gaan strekken. Vergelijk dit met het rolfluitje uit de feestartikelenwinkel. Het strekken van de Bourdonbuis wordt overgebracht op een wijzer langs een schaal gekalibreerd in graden Celsius, waarbij een temperatuur onder nul in blauw wordt weergegeven en een temperatuur boven nul in het rood. Zie afbeelding 8.6.19.

Afbeelding 8.6.19 Buitenluchttemperatuurmeter

Magnetisch kompas
Hoewel ook een mechanisch instrument, is de constructie, de werking en het gebruik van het magnetisch kompas ondergebracht bij het vak ‘Navigatie’.

8.6.3 Elektrische instrumenten

De elektrische instrumenten behoeven alle een elektrische voedingsspanning. Alvorens op deze instrumenten in te gaan wordt eerst een kleine verhandeling gegeven over de elektrische voeding aan boord van zweefvliegtuigen en de bijbehorende elektriciteitsleer.

8.6.3.1 Batterij

De bron van elektrische energie is de accu of beter de batterij. Een batterij bestaat uit een verzameling elektrische cellen waarin door middel van een chemisch proces elektriciteit wordt opgewekt. Tijdens dat proces treedt corrosie op waardoor op een gegeven moment de opwekking van elektriciteit stagneert. Bij oplaadbare cellen is dit proces omkeerbaar. Afhankelijk van de chemische samenstelling van de cel wordt een bepaalde hoeveelheid elektriciteit opgewekt. Dit wordt tot uitdrukking gebracht met de term elektrische spanning. Elektrische spanning wordt uitgedrukt met de grootheid U en de eenheid V van volt.

Een cel heeft een pluspool en een minpool. Bij de veel gebruikte loodzuurcel is de spanning op de pluspool ongeveer 2 V hoger dan op de minpool. Tussen de polen heerst dan een spanningsverschil van 2 V of anders gezegd de celspanning is 2 V. Indien nu meerdere cellen achter elkaar (in serie) worden gezet mogen de individuele celspanningen bij elkaar worden opgeteld en ontstaat een batterij. De elektriciteitsgebruikers aan boord van zweefvliegtuigen zijn gebouwd voor een voedingspanning van 12 V. Om een loodzuurbatterij van 12 V te maken zijn dus zes achter elkaar geplaatste loodzuurcellen nodig.

Soms worden meerdere batterijen gebruikt. Deze worden dan naast elkaar (parallel) geplaatst. De spanning blijft dan gelijk maar de capaciteit van de batterij wordt hierdoor verhoogd. Met andere woorden de batterijen houden het langer vol; zie afbeelding 8.6.20. 

Afbeelding 8.6.20 Twee parallelle batterijen met elk zes cellen in serie en geïntegreerde smeltzekering

Opmerking
Soms kan met een aparte schakelaar een keuze worden gemaakt tussen batterij 1 of batterij 2. Tijdens het parallel schakelen van batterijen moet worden voorkomen dat de batterijspanning te veel verschilt daar er anders grote vereffeningstromen gaan lopen welke de zekering doen doorsmelten.

De capaciteit van batterijen wordt uitgedrukt in hun vermogen om gedurende een bepaalde tijd een bepaalde elektrische stroom te leveren. Elektrische stroom wordt uitgedrukt met de grootheid I en de eenheid A van Ampère. Een batterij met een capaciteit van 10 Ah kan in theorie gedurende een uur (hour) een stroom leveren van 10 A. Diezelfde batterij kan in theorie tien uur lang een stroom leveren van 1 A etc. In de praktijk zijn deze waarden afhankelijk van temperatuur en conditie van de batterij.

Er kan alleen sprake zijn van een stroom als de pluspool en de minpool van de batterij op de een of andere wijze met elkaar zijn doorverbonden. Een batterij die niet is aangesloten heeft wel een spanning maar er loopt (zo goed als) geen stroom. Dat komt omdat er zich tussen de polen van de batterij niks anders bevindt dan lucht. Lucht is een goede isolator en dus een slechte geleider van elektriciteit. Anders gezegd, lucht heeft een zeer hoge weerstand tegen elektriciteit. Weerstand tegen elektriciteit wordt uitgedrukt met de grootheid R en de eenheid Ohm welke wordt weergegeven met de Griekse letter omega (W). Lucht is dus een slechte geleider van elektriciteit; metaal daarentegen is een goede geleider van elektriciteit. Elektrische weerstand blijkt dus af te hangen van het soort materiaal dat zich tussen de polen bevindt (geleider of isolator). Daarnaast hangt de weerstand af van de lengte en dikte van de geleider. Hoe korter de geleider en/of hoe dikker de geleider hoe lager de weerstand. Worden de polen van de batterij via een stuk metaal rechtstreeks met elkaar doorverbonden dan is de weerstand zo goed als nul en zal - in theorie - een oneindig hoge stroom gaan lopen van pluspool naar minpool. In deze situatie is de batterij ‘kortgesloten’; deze zeer hoge stroom gaat gepaard met veel warmteontwikkeling en is daarom gevaarlijk voor batterij, vliegtuig en mens.

Als bescherming tegen de gevolgen van een te hoge stroom bevindt zich in de batterij een smeltzekering. Dit is een klein glazen buisje met daarin een dunne draad. Indien de stroom te hoog wordt zal de draadzekering doorsmelten waardoor de stroomkring wordt verbroken om schade te voorkomen.

De hoeveelheid stroom hangt dus af van de aangeboden spanning en de weerstand. Dit komt tot uitdrukking in de Wet van Ohm die kan worden opgeschreven als I = U/R. Hier staat dat als bij gelijkblijvende weerstand R de spanning U toeneemt, de stroom I groter wordt. Hier staat ook dat als bij gelijkblijvende spanning U de weerstand R afneemt, de stroom I ook groter wordt.

Moderne batterijen kunnen hun spanning gedurende langere tijd min of meer constant houden waardoor de stroom zo goed als geheel afhankelijk is van de weerstand van de aangesloten stroomgebruikers.

8.6.3.2 Elektrisch systeem

Het elektrisch systeem wordt besproken aan de hand van een elektrisch schema van een generiek zweefvliegtuig. Zie daartoe afbeelding 8.6.21. 

Afbeelding 8.6.21 Elektrisch systeem zweefvliegtuig

De gebruikers zijn allemaal aangesloten via een hoofdschakelaar op de pluspool van de batterij(en). Daarnaast heeft elke gebruiker een eigen aan/uit schakelaar.

Naast de hoofdzekering in/op de batterij heeft elke gebruiker heeft zijn eigen smeltzekering in het instrumentenpaneel. Deze smeltzekering beschermt de gebruiker tegen de gevolgen van een te hoge stroom.

Alle gebruikers staan dus aangesloten op 12 V. Afhankelijk van het aantal ingeschakelde gebruikers gaat er een stroom lopen van de pluspool van de batterij via de gebruikers terug naar de minpool van de batterij. Hoe meer ingeschakelde gebruikers tussen pluspool en minpool, hoe lager de weerstand, hoe hoger de stroom. Hoe hoger de stroom, hoe eerder de batterij leeg is. Een zwakker wordende batterij kondigt zich vaak aan doordat de radio niet meer wil zenden. Wanneer de zendknop wordt ingedrukt wordt dermate veel stroom gevraagd welke door de slechte conditie van de batterijcellen als gevolg van corrosie niet meer kan worden geleverd.

Aan het eind van een vliegdag dienen de batterijen te worden opgeladen. Dat gebeurt met speciale batterijladers die geschikt zijn voor het type batterij. Als men vergeet de batterij op te laden dan zal op een gegeven moment door vergaande corrosie van de cellen de batterij beschadigd raken waardoor deze niet langer volledig kan worden benut.

Naast de nog veel gebruikte loodzuurbatterij zijn er tegenwoordig ook andere typen batterijen. Naast de Nikkelmetaalhydride batterij is vooral de Lithium batterij sterk in opkomst. Vergeleken met de loodzuurbatterij hebben deze batterijen een lager gewicht en een hogere capaciteit.

Soms wordt voor de stroomlevering aan boord van zweefvliegtuigen een beroep gedaan op zonnecellen. In zonnecellen wordt licht via een chemische reactie omgezet in elektriciteit. Hiermee kan een batterij worden opgeladen of worden ontlast.

Hieronder wordt, soms kort, een beschrijving gegeven van de volgende elektrische stroomgebruikers:

• Elektrische variometer;
• Radio;
• Navigatiecomputer;
• FLARM;
• Transponder.

8.6.3.3 Elektronische variometer

Het grote nadeel van mechanische variometers is de traagheid in de aanwijzing waardoor men het ‘stijgen’ vaak eerder voelt dan ziet. Deze traagheid wordt deels veroorzaakt door (de wrijving van) het mechaniek maar komt grotendeels door het feit dat er eerst een drukverschil in het instrument moet opbouwen voordat het mechaniek hierop kan reageren. De mechanische wrijving kan worden voorkomen door gebruik te maken van elektrische sensoren, verwerking én aanwijzing. De eerste elektrische variometers maakten gebruik van twee temperatuurafhankelijke elektrische weerstanden welke achter elkaar zijn opgenomen in de luchtleiding tussen thermosfles en instrument. Tijdens een stijgvlucht stroomt er lucht uit de thermosfles naar buiten waardoor de ene weerstand meer wordt afgekoeld dan de andere. Tijdens de daalvlucht gebeurt het tegenovergestelde. Het verschil in weerstand resulteert in een elektrische stroom welke zonder tijdvertraging wordt verwerkt tot een aanwijzing met een elektrisch aangedreven mechanische wijzer.

Moderne, elektronische variometers gebruiken een drukgevoelige sensor en tonen de uitgerekende waarde op een beeldscherm. De voordelen van elektronische verwerking zijn legio. Naast de al eerdergenoemde snelle aanwijzing, kan men aanpassingen plegen aan schaalbereik, mate van compensatie voor knuppelthermiek. Daarnaast kan men de verticale snelheid hoorbaar maken met geluidsignalen. Tot slot wordt genoemd de steeds verdergaande integratie met de moderne vluchtoptimalisatie- en navigatiecomputers. Nadeel is en blijft de afhankelijkheid van elektriciteit.

Afbeelding 8.6.22 Elektronische variometer

8.6.3.4 Radio algemeen

Een radio is een apparaat dat gebruik maakt van radiogolven om informatie te versturen en/of te ontvangen. Radiogolven zijn elektromagnetische golven met een bepaalde lengte die zich voortplanten met de snelheid van het licht (300.000 km/s). Het voortplanten van een korte golf kost minder tijd dan het voortplanten van een lange golf. In een seconde passen daarom meer korte golven dan lange golven. Het aantal golven per seconde heet frequentie. Frequentie (f) wordt uitgedrukt in de eenheid Hertz (Hz). In de luchtvaart worden radiofrequenties gebruikt van ettelijke duizenden tot ettelijke miljarden Hertz. Om te voorkomen dat men zeer grote getallen moet uitschrijven wordt met voorvoegsels gewerkt. Het voorvoegsel kilo (k) staat voor duizend; het voorvoegsel Mega (M) staat voor miljoen en het voorvoegsel Giga (G) staat voor miljard.

Verder zijn de frequenties opgedeeld in frequentiebanden. De frequentieband van 30 tot 300 MHz is de Very-High Frequency (VHF) band. De daaropvolgende band van 300 tot 3000 MHz is de Ultra-High Frequency (UHF) band.

In een modern zweefvliegtuig bevinden zich tegenwoordig meerdere radio’s. Dat zijn de communicatie radio, de navigatiecomputer, de FLARM en de transponder. Ook het noodbaken dat in sommige vliegtuigen kan worden aangetroffen is een radio.

8.6.3.6 Communicatieradio

De communicatieradio of kortweg ‘radio’ is een gecombineerde zend/ontvangstinstallatie welke gebruikt wordt voor spraakberichten. Het zenden met de radio kost relatief veel stroom hetgeen ten koste gaat van de laadstatus van de batterij(en). De communicatieradio maakt deel uit van de opleidingssyllabus van het vak ‘Communicatie’ en wordt aldaar verder besproken.

8.6.3.6 Navigatiecomputer

Zweefvliegtuigen beschikken in toenemende mate over een navigatiecomputer. Deze navigatiecomputer is gebaseerd op het gebruik van satellietnavigatie. Satellietnavigatie maakt gebruik van satellieten welke radiosignalen uitzenden waarmee een ontvanger diens positie, koers, snelheid en tijd kan vaststellen. Met een onderliggende elektronische (vlieg)kaart kan dan in twee, soms drie dimensies worden genavigeerd. De satellietontvanger maakt dus tegenwoordig deel uit van de navigatiecomputer. Het onderwerp ‘Satellietnavigatie’ maakt deel uit van de opleidingssyllabus van het vak ‘Navigatie’ en wordt om die reden hier niet verder besproken.

8.6.3.7 FLARM

FLARM (Flight Alarm) is primair een anti-botsingsysteem voor de kleine luchtvaart. Het geeft een zichtbare en hoorbare waarschuwing indien twee of meer met FLARM uitgeruste toestellen te dicht bij elkaar in de buurt komen. Elk FLARM beschikt daartoe over een ingebouwde GPS satellietontvanger welke de eigen positie (lengte, breedte en hoogte) van het vliegtuig meet. Op basis van opeenvolgende posities berekent FLARM dan ook nog koers en snelheid. Voor een zeer nauwkeurig hoogtemeting kan FLARM worden uitgerust met een druksensor. Positie, koers en snelheid worden vervolgens in intervallen van één seconde uitgezonden met een bereik van 3 tot 5 km. Andere vliegtuigen met FLARM ontvangen deze positie en vergelijken die met hun eigen positie, koers en snelheid. Indien op basis van deze vergelijking de tijdafstand tussen beide toestellen te krap wordt, wordt alarm geslagen.

In principe staat FLARM altijd aan. Op het bedieningspaneel bevindt zich een mode knop waarmee verschillende instellingen kunnen worden gepleegd (volume, type waarschuwing, test, etc.). Daarnaast bevinden zich een aantal ‘status’ lampjes. Het belangrijkste deel is echter het aanwijsscherm bestaande uit een verticale en cirkelvormige rij rode en groene lampjes. Deze zijn gegroepeerd ten opzichte van een (eigen) vliegtuigsymbool. De verticaal geplaatste lampjes geven een indicatie omtrent het relatieve hoogteverschil; de cirkelvormig geplaatste lampjes geven een indicatie omtrent het relatieve richtingsverschil. Zie afbeelding 8.6.23.

Afbeelding 8.6.23 FLARM paneel

FLARM kent een ‘nearest’ mode en een ‘collision’ mode. In de nearest mode wordt met behulp van groene lampjes de relatieve richting (horizontaal en verticaal) naar het meest dichtstbijzijnde toestel met FLARM aangewezen. Zodra FLARM detecteert dat op basis van snelheid en koers op korte termijn een botsing zou kunnen ontstaan, treedt de collision mode in werking en verandert de kleur van de lampjes naar rood en klinkt een geluidsignaal. Er moet dan meteen naar buiten worden gekeken in de richting die de FLARM aanwijst waarna een passende, correctieve actie door de vlieger moet volgen.

FLARM registreert tevens het verloop van de vlucht en is daarmee ook een vluchtrecorder. De vluchten kunnen worden opgeslagen op een geheugenkaart voor extern gebruik.

Daarnaast beschikt FLARM over een databank gevuld met obstakels. Wordt te dicht in de buurt gevlogen van een obstakel dan zal FLARM ook een waarschuwing geven. Je moet dan met name denken aan kabelbanen en hoogspanningsleidingen in bergachtig gebied. FLARM heeft hiermee ook de potentie om te waarschuwen voor het binnenvliegen van verboden (para spring) gebieden.

Opmerking
FLARM (Flight alarm) is bedoeld ter ondersteuning van het ‘see-and-avoid’ principe; niet als vervanging ervan! De vlieger is en blijft verantwoordelijk voor zijn eigen separatie met anderen!

8.6.3.8 Transponder

De transponder maakt het mogelijk dat (zweef)vliegtuigen zichtbaar zijn op de radar van de luchtverkeersleiding en van andere vliegtuigen waardoor het mogelijk is vliegtuigen ten opzichte van elkaar te separeren met als doel het voorkomen van botsingen in de lucht. De transponder is een verplicht instrument in een zgn. TMZ (transponder mandatory zone).
De transponder is een toepassing van radar. Radar staat voor ‘radio detection and ranging’, oftewel het kunnen detecteren van de richting en afstand naar een object met behulp van radiosignalen. Deze radiosignalen worden uitgezonden door een ondervrager (interrogator). In de basis zijn er twee typen radar: primaire radar en secundaire radar. Het gebruik van primaire radar is gebaseerd op het reflecterend vermogen van het object. Metaal reflecteert beter dan hout of kunststof. Een kunststof zweefvliegtuig is zeer moeilijk te detecteren. Bovendien kan met behulp van primaire radar meestal niet veel meer worden gedetecteerd dan richting en afstand. Bij primaire radar is het object dus een passieve antwoordgever. Secundaire radar daarentegen maakt gebruik van een actieve antwoordgever: de transponder. Bij secundaire radar wordt door de interrogator een gecodeerd ondervraagsignaal uitgestuurd welke door ingeschakelde transponders wordt beantwoord. Het type ondervraging is afhankelijk van de mode waarin het systeem werkt.

Mode-A
Een Mode-A ondervraging vraagt slechts naar de ingestelde transponder code (squawk code). Voor vluchten onder zichtvliegomstandigheden (VFR) in Nederland is dit code 7000. De transponder aan boord van zweefvliegtuigen moet altijd op deze code staan ingesteld. In andere landen kan dit een andere code zijn. Indien je code opnieuw moet instellen is het belangrijk dat je weet dat er een aantal speciale code zijn codes die alleen onder zeer bijzondere omstandigheden mogen worden gebruikt. Dat zijn de codes 7500 (kaping), 7600 (communicatie storing) en 7700 (noodsituatie). Je kan je voorstellen dat als men op de grond één van deze codes van een vliegtuig ontvangt er allerlei hulpdiensten worden gewaarschuwd. Bij het zweefvliegen zijn er weinig situaties denkbaar die het gebruik van één van deze codes rechtvaardigen. Een kaping ligt niet voor de hand. Met communicatiestoring wordt bedoeld een storing in de verbinding met de verkeersleiding tijdens een vlucht in gecontroleerd luchtruim. Bij een noodsituatie moet je denken aan een probleem dat direct effect heeft op de vliegveiligheid.

Mode-C
Een Mode-C ondervraging vraagt naar de drukhoogte van het vliegtuig. De drukhoogte is de hoogte ten opzichte van het 1013,25 hPa vlak. Transponders in zweefvliegtuigen beschikken daartoe over een eigen, ingebouwde druksensor. De uitgezonden drukhoogte wordt op de transponder weergeven in flight levels. FL65 betekent 6500 voet boven het 1013,25 hPa drukvlak. Omdat tijdens een lokale vlucht de hoogtemeter meestal staat ingesteld op QFE en tijdens een overlandvlucht op QNH, is deze extra aanwijzing van flight levels extreem nuttig voor het vaststellen van de verticale separatie met eventueel bovenliggend verboden luchtruim dat meestal wordt uitgedrukt in flight levels.

Mode-S
Tegenwoordig worden vliegtuigen ondervraagd in Mode-S. Mode-S combineert de Mode-A en -C ondervraging met extra vragen. Zo kan in Mode-S, naast de ingestelde transponder code en drukhoogte, ook worden gevraagd naar type vliegtuig, registratie, positie, koers en snelheid etc. Het type vliegtuig en registratie zijn voorgeprogrammeerd in de transponder. Positie, koers en snelheid kunnen eventueel worden verkregen via de navigatiecomputer.

ADS-B
Een zeer recente ontwikkeling is ADS-B. Dit staat voor Automatic Dependant Surveillance - Broadacst. In tegenstelling tot bij transponders, zendt ADS-B ongevraagd en met enige regelmaat bovengenoemde informatie uit. Er zijn dan geen ondervraagstations meer nodig. ADS-B maakt het mogelijk dat iedereen met een geschikte ontvanger deze informatie kan ‘zien’. Dat zijn de verkeersleiders op de grond, maar ook de collega-vliegtuigen in de lucht. Op deze wijze kan ADS-B, net als FLARM, in de toekomst bijdragen aan het voorkomen van botsingen in de lucht.

Opmerking
Tegenwoordig zijn er Internetsites die de gegevens van transponder met of zonder ADS-B en FLARM tonen op een onderliggende kaart.

Operationeel gebruik
Afhankelijk van de uitvoering vind je op het bedieningspaneel van de transponder één of meerdere knoppen met de volgende standen (zie ook afbeelding 8.6.23):

• ON

• Met deze knop wordt de transponder aan/uit gezet.

• VFR

• Met de ‘VFR’ knop kan in één keer worden overgeschakeld op een vooraf ingeprogrammeerde VFR code. In Nederland is dat 7000, maar zoals eerder genoemdkan dit per land verschillen 

• Ident

• Alleen als de luchtverkeersleiding jou de opdracht ‘squawk ident’ geeft, druk je deze knop in. Gedurende een korte periode is jouw transponder dan extra goed zichtbaar op het radarscherm bij de verkeersleiding. Op deze wijze kan de verkeersleiding snel een bepaald vliegtuig terugvinden op een vaak druk bezet scherm.

• Mode

• SBY
• A   De transponder reageert alleen op Mode-A ondervragingen (ingestelde
  squawk code). Soms wordt deze stand ook wel ON genoemd. Deze stand wordt alleen gebruikt op verzoek van de verkeersleiding als de uitgezonden hoogte informatie onbetrouwbaar blijkt te zijn.
• C   De transponder reageert op Mode-A en op Mode-C ondervragingen. Deze stand wordt ook wel ALT (van altitude) genoemd.
• S   De transponder reageert op Mode-A, -C en -S ondervragingen.

• Code

• Met de code knop kan de vier-cijferige transponder code worden veranderd. 

Afbeelding 8.6-24 Transponder paneel